Năng lượng toả ra trong các phản ứng phân hạch được chuyển hoá thành điện năng thông qua lò phản ứng, tua bin và máy phát điện. Bộ phận chính của nhà máy là lò phản ứng hạt nhân.

▸ Sơ đồ hoạt động

Hơi nước sau tua bin được ngưng tụ và tuần hoàn trở lại. Hệ thống có thể hoạt động thời gian dài mà không cần bổ sung nhiên liệu.

▸ Cấu tạo lò phản ứng (các bộ phận chính)

▸ Nhiên liệu hạt nhân

Trong nhà máy điện hạt nhân, năng lượng do phản ứng phân hạch sinh ra là năng lượng nhiệt; chỉ một phần được chuyển thành điện năng (phần còn lại thất thoát).

▸ Công thức hiệu suất phát điện

▸ Khối lượng U-235 tiêu thụ

Trong thời gian $t$, năng lượng nhiệt cần: $E_{\text{nhiệt}} = P_{\text{nhiệt}} \cdot t$. Số phân hạch: $N = \dfrac{E_{\text{nhiệt}}}{Q}$ với $Q$ = năng lượng 1 phân hạch (thường $\approx 200$ MeV $= 3{,}2 \cdot 10^{-11}$ J).

Với U-235: $M = 235$ g/mol; $N_A = 6{,}02 \cdot 10^{23}$ hạt/mol.

▸ So sánh với nhiên liệu than

Khối lượng than cần để sinh ra cùng năng lượng nhiệt:

$q_{\text{than}}$ là năng suất tỏa nhiệt của than (than đá $\approx 30$ MJ/kg $= 3 \cdot 10^7$ J/kg).

▸ Vai trò

• Cung cấp nguồn điện ổn định, công suất lớn.
• Giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hoá thạch.
• Góp phần giảm phát thải khí nhà kính.

▸ Ưu điểm và nhược điểm

▸ An toàn hạt nhân

• Thiết kế nhiều lớp bảo vệ ("phòng thủ theo chiều sâu").
• Hệ thống làm mát khẩn cấp, vỏ bọc bê tông chịu lực dày.
• Quy trình vận hành nghiêm ngặt, nhân sự được đào tạo chuyên nghiệp.

Xử lí chất thải: chất thải mức thấp lưu trữ chờ phân rã; chất thải mức cao được thuỷ tinh hoá và chôn sâu trong kho địa chất ổn định.

▸ Chẩn đoán hình ảnh

• PET (chụp cắt lớp phát xạ positron): dùng đồng vị phát positron (như F-18), ghi nhận đồng thời 2 tia $\gamma$.
• SPECT: dùng đồng vị phát tia $\gamma$ trực tiếp (Tc-99m, I-123), chi phí rẻ hơn PET.

▸ Một số đồng vị dùng trong chẩn đoán

▸ Điều trị

▸ Tạo giống cây trồng đột biến

Tia phóng xạ được dùng hỗ trợ gây đột biến gene, tạo giống cây có đặc điểm vượt trội: kháng sâu bệnh, năng suất cao, quả trái mùa, quả không hạt. Ưu điểm: ít ảnh hưởng môi trường, giảm dùng phân bón và thuốc trừ sâu.

▸ Phương pháp đánh dấu phóng xạ

Bón phân chứa đồng vị phóng xạ $^{32}_{15}\text{P}$ (phóng xạ $\beta$), chụp ảnh phóng xạ của cây theo thời gian để nghiên cứu đường đi của phân bón → đưa ra biện pháp chăm sóc phù hợp.

▸ Chiếu xạ bảo quản thực phẩm

Dùng bức xạ ion hoá (tia $\gamma$, tia X, chùm electron) để xử lí thực phẩm nhằm: diệt vi khuẩn và kí sinh trùng, ức chế nảy mầm, diệt côn trùng, làm chậm chín và khử trùng.

▸ Ứng dụng khác

▸ Các đồng vị quan trọng cần nhớ

▸ Lỗi sai thường gặp

Đã nắm vững lý thuyết, các em chuyển sang tab Bài Tập để luyện 21 câu bám sát SGK nhé!